(57)【要約】【課題】一方の脚に取り付けたセンサの出力に基づいて、その一方の脚にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置を提供する。【解決手段】歩行補助装置は、アクチュエータと角度センサとコントローラを備える。アクチュエータは、一方の脚の膝関節角にトルクを加えることができる。角度センサは、一方の脚の膝関節角と、股関節のピッチ軸回りの関節角を検出する。コントローラは、一方の脚の膝関節角の目標軌道と、股関節のピッチ軸回りの関節角の目標軌道を記憶している。コントローラは、検出された膝関節角が膝関節角の目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御する。さらにコントローラは、一方の脚が立脚期間にあるときに、検出された股関節角の時系列データを股関節角の目標軌道と比較する。コントローラは、股関節角の時系列データと目標股関節角度軌道の間の時間差を算出し、算出された時間差に基づいて膝関節角の目標軌道を修正する。【選択図】図３Ａ
2011055428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置であり、
一方の脚の膝関節角にトルクを加えるアクチュエータと、
一方の脚の膝関節角と、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角を検出する角度センサと、
一方の脚の膝関節角の目標軌道と、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角の目標軌道を記憶しているとともに、検出された膝関節角が膝関節角の目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御するコントローラと、を備えており、コントローラは、
一方の脚が立脚期間にあるときに、検出された股関節角の時系列データを股関節角の目標軌道と比較し、股関節角の時系列データと股関節角の目標軌道の間の時間差を算出し、算出された時間差に基づいて膝関節角の目標軌道を修正することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記時間差は、検出された股関節角の時系列データにおける大腿の揺動の方向が後方から前方へ反転する反転タイミングと、股関節角の目標軌道における反転タイミングの差であることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
目標軌道の前記修正は、膝関節角の目標軌道における予定着地タイミングを算出された時間差だけシフトすることを特徴とする請求項１又は２に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
目標軌道の前記修正は、膝関節角の目標軌道における遊脚期間後半の時間スパンを算出された時間差だけ圧縮することを特徴とする請求項３に記載の歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザの脚関節にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置が研究されている。例えば、特許文献１には、一方の脚が不自由なユーザの歩行を補助する歩行補助装置が開示されている。以下、本明細書では、ユーザが自在に動かすことができる脚を「健常脚」（Ｓｏｕｎｄ  Ｌｅｇ）と称し、少なくとも１つの関節を自由に動かすことができない脚を「患脚」（Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｌｅｇ）と称する。また、本明細書では、膝と足首の間の部分を「下肢」と称し、股関節と膝関節の間の部分を大腿と称する。特許文献１の歩行補助装置は、センサによって健常脚の動作パターンを計測し、患脚の動作パターンが健常脚の動作パターンに一致するように患脚の関節にトルクを加える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ユーザが望む脚の動作パターンと、歩行補助装置が関節に加えるトルクによって誘導される動作パターンが一致していないとユーザに違和感を与える。特許文献１の技術のように、健常脚にセンサを取り付ければ健常脚の動作パターンを計測することができる。健常脚と同じ動作パターンとなるように患脚の膝関節にトルクを加えることによって、ユーザに顕著な違和感を与えることなく歩行動作を補助することは可能である。しかしながら、両方の脚にセンサを装着するのではユーザに煩わしさを与えてしまう。本発明は、一方の脚に取り付けたセンサの出力に基づいて、その一方の脚にトルクを加えて歩行動作を補助する歩行補助装置を提供する。この歩行補助装置は、ユーザに顕著な違和感を与えることなく、ユーザの脚関節にトルクを加えることができる。本明細書が開示する技術は、特に、一つの患脚を有するユーザのための歩行補助装置に適している。その歩行補助装置は、健常脚にセンサを取り付けることを要せずに、患脚の動きを適切に補助することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
歩行補助装置が加えるトルクの時間的変化のパターンがユーザの望む動作パターンに合致していないとユーザに違和感を与える。発明者らの検討によると、特に違和感を与えるポイントが、立脚期間後半において下肢が後方へ揺動し始めるタイミング、遊脚期間中盤において下肢の揺動方向が前方から後方へ反転するタイミング、及び、遊脚の着地タイミングであることが判明した。歩行補助装置が加えるトルクがこれらのタイミングで大きく変化するからである。これらのタイミングのうち１つでも、ユーザの予期するタイミングにできるだけ近いタイミングでトルクを加えることができれば、ユーザに与える違和感を少なくすることができる。なお、以下では、立脚期間後半において下肢が後方へ揺動し始めるタイミングをプレスイングタイミングと称し、遊脚期間中盤において下肢の揺動方向が前方から後方へ反転するタイミングを膝最大角タイミングと称する。【０００６】
本明細書が開示する技術によって提供される歩行補助装置の好適な一実施形態は、アクチュエータと角度センサとコントローラを備える。アクチュエータは、一方の脚の膝関節にトルクを加えることができる。角度センサは、一方の脚の膝関節角と、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角を検出する。以下、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角を単に「股関節角」と称する。コントローラは、一方の脚の膝関節角の目標軌道と、一方の脚の股関節角の目標軌道を記憶している。それらの目標軌道は、歩行動作における股関節角と膝関節角の経時的変化を表している。コントローラは、検出された膝関節角が記憶された膝関節角の目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御する。さらにコントローラは、一方の脚が立脚期間にあるときに、検出された股関節角の時系列データを記憶された股関節角の目標軌道と比較する。そしてコントローラは、股関節角の時系列データと記憶された股関節角の目標軌道の間の時間差を算出し、算出された時間差に基づいて膝関節角の目標軌道を修正する。【０００７】
以下、説明を簡単にするために、ユーザのいずれか一方の脚を第１脚と称し、他方の脚を第２脚と称する。【０００８】
上記の歩行補助装置は、第１脚が立脚期間にある間に、第１脚の股関節角からユーザが予期するタイミングを推定し、推定したタイミングに基づいて第１脚の膝関節角の目標軌道を修正する。即ち、上記の歩行補助装置は、第２脚の情報を用いずに、第１脚の膝関節角の目標軌道を修正する。従って上記の歩行補助装置は第２脚にセンサを付けることを要しない。【０００９】
また、立脚期間における股関節角を利用することによって、ユーザの予期するタイミングを比較的正確に推定することが可能となる。なぜならば、立脚期間後半において、下肢が後方に揺動し始めるときに股関節角が顕著に変化するからである。そのため、検出された股関節角の時系列データを記憶された股関節角の目標軌道との比較が正確になる。なお、股関節角の時系列データと記憶された股関節角の目標軌道の間の時間差が、ユーザが予期するタイミングと目標軌道におけるタイミングとの差に相当する。その時間差分だけ目標軌道をシフトすることによって、修正後の目標軌道は、ユーザが予期する動作パターンに近くなる。歩行補助装置は、検出された膝関節角が修正後の目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御する。このときアクチュエータが加えるトルクの時間変化パターンはユーザの予期に近いものとなり、歩行補助装置がユーザに与える違和感が少なくなる。【００１０】
ユーザの膝関節にトルクを加える機構は、典型的には、大腿（ｕｐｐｅｒ  ｌｅｇ）に固定される上リンクと下肢に固定される下リンクとそれら２つのリンクを連結するメカニカルジョイントを有する装着型デバイスでよい。本明細書では、脚に装着するデバイスを脚装具（或いは脚アタッチメント）と称する場合がある。メカニカルジョイントはモータを備えており、下リンクを揺動させる。この脚装具は、ユーザに装着されるとメカニカルジョイントがユーザの膝関節と略同軸に位置する。【００１１】
本明細書が開示する好適な実施形態では、前記した時間差は、検出された股関節角の時系列データにおける大腿の揺動の方向が後方から前方へ反転する反転タイミングと、記憶された股関節角の目標軌道における反転タイミングの差であることが好ましい。揺動方向が反転するタイミングは経時的変化の大きいポイントであり、２つの反転タイミングの比較に最も適しているからである。さらに、このタイミングは、立脚において下肢が後方へ揺動し始めるタイミング、即ちプレスイングタイミングに相当する。従って、このタイミングで目標軌道を修正すると、歩行補助装置は、このタイミングで下肢を後方へ揺動させる方向のトルクを加え始める。即ち、歩行補助装置は、ユーザが予期するプレスイングタイミングに近いタイミングでトルクを加え始めることができる。【００１２】
本明細書が開示する技術の他の好適な実施形態では、目標軌道修正は、膝関節角の目標軌道における予定着地タイミングを算出された時間差だけシフトすることが好ましい。或いは他の好適な実施形態では、目標軌道の修正は、膝関節角の目標軌道における遊脚期間後半の時間スパンを算出された時間差だけ圧縮することが好ましい。いずれのケースも、修正後の目標軌道における予定着地タイミングが、ユーザが予期する着地タイミングに近くなる。従って修正後の目標軌道に基づいて加えられるトルクの時間変化はユーザの予期する動作パターンを誘導するものになり、ユーザに与える違和感が少ない。なお、「遊脚期間後半」は、遊脚期間において膝関節が最も大きく屈曲するタイミングから着地タイミングまでの間と定義するのが最も好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】歩行中の脚の動きを説明する図である。
【図２】図１で用いられるパラメータを説明する図である。
【図３Ａ】実施例の歩行補助装置の模式的正面図である。
【図３Ｂ】実施例の歩行補助装置の模式的側面図である。
【図４】実施例の歩行補助装置が実行する処理のフローチャート図である。
【図５】目標軌道修正の一例を説明する図である。
【図６】目標軌道修正の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の好適な一実施例を説明する前に、歩行中の脚の動きを説明する。図１は、歩行中の第１脚の動きを説明する図である。符号Ａｋが示すグラフは、第１脚の膝関節角（膝角度）Ａｋの時間変化を示している。符号Ａｈが示すグラフは、第１脚の股関節角Ａｈの時間変化を示している。ここで用いる「股関節角」は、ピッチ軸回りの角度を意味する。本明細書に説明では、ユーザの右脚が第１脚に相当し、左脚が第２脚に相当する。第１図のグラフは、各パラメータの時間変化の概略（傾向）を表しているのであって精密に表してはいないことに留意されたい。また、図１では立脚期間の一部の図示が省略されていることに留意されたい。
【００１５】
図２は、膝角度Ａｋと股関節角Ａｈを説明する図である。図２では、実線が第１脚（右脚）を表しており、破線が第２脚（左脚）を表している。股関節より上の実線は体幹を表している。図１でも同様である。直線Ｌ１は、股関節と膝関節を結ぶ直線を示している。直線Ｌ１は大腿の長手方向に沿った直線に相当する。膝角度Ａｋは、直線Ｌ１から下肢へ向かう角度として表される。膝が伸びきったときが膝角度Ａｋ＝０である。膝が直角に曲がったときが膝関節角Ａｋ＝＋９０度である。直線Ｌ２は、股関節の回転軸線を通り、体幹に沿って伸びる直線を表している。股関節角Ａｈは、大腿が直線Ｌ２と一直線となったときをゼロとし、大腿が後方へ揺動したときを正値として表される。股関節角Ａｋは、大腿が前方へ揺動したときに負値となる。
【００１６】
図１に戻って歩行動作を説明する。タイミングＴａは、立脚期間の最後の部分において、第１脚の足の踵が浮き始めるとともに下肢が後方に揺動し始めるタイミングに相当する。図１の（ａ）に、タイミングＴａにおける脚の形態を示す。（ａ）において実線（第１脚）が示すように、タイミングＴａにおいて、足先が接地したまま下肢が後方に揺動し始める。即ち、タイミングＴａで膝角度が増加し始める。また、タイミングＴａで股関節角が増加から減少に反転する。即ち、タイミングＴａで大腿の揺動方向が後方から前方へ反転する。別言すれば、タイミングＴａは、第１脚が最も後方に位置するタイミングに相当し、このタイミング以降、第１脚は前方へ振り出される。
【００１７】
タイミングＴｂは、第１脚が離地するタイミングである。（ｂ）は、タイミングＴｂにおける脚の形態を示す。タイミングＴａからＴｂまでの期間は、第１脚の足が接地したまま膝角度が変化する期間であり、プレスイング期と呼ばれている。図１から明らかな通り、タイミングＴａから下肢が後方に揺動し始める。別言すれば、立脚期間において下肢が後方へ揺動し始めるタイミングが、プレスイング期の開始に相当する。下肢が後方に揺動し始めるタイミングＴａを、以下ではプレスイングタイミングＴａと称する。
【００１８】
タイミングＴｃは、膝角度Ａｋが最大となるタイミングを示す。タイミングＴｃを膝最大角タイミングと称する場合がある。（ｃ）は、タイミングＴｃにおける脚の形態を示す。タイミングＴｄは、第１脚の着地タイミングを示す。（ｄ）は、タイミングＴｄにおける脚の形態を示す。
【００１９】
タイミングＴｂからＴｄまでの期間が第１脚の遊脚期間に相当する。タイミングＴｂより前とタイミングＴｄ以降の期間が第１脚の立脚期間に相当する。なお、図１では立脚期間の一部の図示が省略されている。タイミングＴａからＴｂまでの期間は、前述したようにプレスイング期に相当する。
【００２０】
第１脚の股関節角Ａｈは、プレスイングタイミングＴａで極大値となる。プレスイングタイミングＴａは、大腿が最も後方に揺動している形態に相当する。即ち、プレスイングタイミングＴａより前は大腿が後方へ揺動しており、プレスイングタイミングＴａより後は大腿は前方へ揺動する。即ち、プレスイングタイミングＴａで大腿の揺動方向が後方から前方へ反転する。プレスイングタイミングＴａを反転タイミングと別言することがある。
【００２１】
股関節角Ａｈは、離地タイミングＴｂの付近でゼロとなり、着地タイミングＴｄで極小値となる。なお、負値の股関節角Ａｈは、大腿が体幹より前方へ揺動していることを表す。着地タイミングＴｄは、大腿が最も前方に揺動している形態に相当する。
【００２２】
第１脚の膝関節にトルクを加えてユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置について説明する。この歩行補助装置は、図１の膝角度Ａｋの時間変化パターンを目標軌道として採用し、ユーザの膝関節角が目標軌道に追従するようにトルクを加える。膝関節角の目標軌道から理解されるように、プレスイングタイミングＴａでトルクが加え始められ、膝最大角タイミングＴｃでトルクの方向が反転し、着地タイミングＴｄで、下肢を前方へ回転させる向きのトルクが終了する。即ち、上記３つのタイミングにおいて、加えられるトルクが顕著に変化する。歩行補助装置は、上記３のタイミングの１つでも、ユーザが予期するタイミングに近いタイミングでトルクを加えられることが好ましい。以下、そのような歩行補助装置の好適な実施形態を説明する。
【００２３】
図３Ａに、本実施例の歩行補助装置１０の模式的正面図を示し、図３Ｂに、歩行補助装置１０の模式的側面図を示す。歩行補助装置１０は、ユーザの右脚（第１脚）に沿って装着される脚装具１２と、コントローラ４０を備えている。本実施例の歩行補助装置は、右脚の膝関節を自由に動かすことができないユーザのための装置である。
【００２４】
脚装具１２の機械的構造を説明する。脚装具１２は、ユーザの大腿から下肢に沿って右脚の外側に装着される。脚装具１２は、上リンク１４、下リンク１６、及び足リンク１８を有する多リンク機構で構成されている。上リンク１４の上端が第１ジョイント２０ａを介して腰リンク３０に揺動可能に連結されている。下リンク１６の上端が、第２ジョイント２０ｂによって、上リンク１４の下端に揺動可能に連結されている。足リンク１８は、第３ジョイント２０ｃによって、下リンク１６の下端に揺動可能に連結されている。上リンク１４は、ベルトでユーザの大腿に固定される。下リンク１６は、ベルトでユーザの下肢に固定される。足リンク１８は、ベルトでユーザの足裏に固定される。足リンク１８を固定するベルトは、図示を省略している。腰リンク３０は、ユーザの体幹（腰）に固定される。
【００２５】
ユーザが脚装具１２を装着すると、第１ジョイント２０ａ、第２ジョイント２０ｂ、及び第３ジョイント２０ｃは夫々、ユーザの右股関節のピッチ軸、膝のピッチ軸、及び、足首のピッチ軸と略同軸に位置する。脚装具１２の各リンクは、ユーザの第１脚の動きに応じて揺動することができる。各ジョイントは、そのジョイントに連結している隣接する２つのリンクの間の角度を検出するエンコーダ２１を有している、２つのリンクの間の角度が関節角に相当する。即ち、エンコーダ２１は、各関節の角度を検出する。第１ジョイント２０ａのエンコーダ２１は、ユーザの右股関節のピッチ軸周りの関節角を検出する。第２ジョイント２０ｂのエンコーダ２１は、ユーザの右膝ピッチ軸周りの関節角を検出する。第３ジョイント２０ｃのエンコーダ２１は、ユーザの右足首ピッチ軸周りの関節角を検出する。以下では、各ジョイントに取り付けられているエンコーダ群２１を角度センサ２１と総称することがある。
【００２６】
足リンク１８には、接地センサが取り付けられている。接地センサ１９は、足底の前と後ろの２箇所に取り付けられている。接地センサ１９は、第１脚が接地しているか否かを検知する。
【００２７】
第２ジョイント２０ｂには、モータ（アクチュエータ）３２が取り付けられている。モータ３２は、ユーザの膝関節の外側に位置する。モータ３２は、ユーザの膝関節に略同軸に位置する。モータ３２は、上リンク１４に対して下リンク１６を相対的に揺動させることができる。即ちモータ３２は、ユーザの右膝関節にトルクを加えることができる。
【００２８】
この歩行補助装置は、ユーザの歩行動作に合わせて、脚装具１２のモータ３２によってユーザの右膝関節（第１脚膝関節）にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２９】
歩行補助装置１０が実行する制御処理を説明する。制御処理は、コントローラ４０が実行する。コントローラ４０には、歩行動作のための膝関節角（膝角度）の目標軌道、股関節角の目標軌道が予め記憶されている。膝角度の目標軌道は、図１の膝角度Ａｋの時系列データに相当する。股関節角の目標軌道は、図１の股関節角Ａｈの時系列データに相当する。なお、股関節の目標軌道は、膝角度の目標軌道を修正するための参照（リファレンス）であり、本実施例の歩行補助装置１０は、ユーザの股関節にはトルクを加えないことに留意されたい。
【００３０】
コントローラ４０は、基本的には、センサによって検出された膝角度が記憶された膝角度の目標軌道に追従するようにモータ３２を制御する。コントローラ４０は、以下で説明するように、検出された股関節角Ａｈの時系列データと、記憶された股関節角Ａｈの目標軌道の時間的なずれから膝関節角の目標軌道を修正し、修正された目標軌道に基づいてモータ３２を制御する。以下では、検出された股関節角を符号ｓＡｈで表し、検出された膝角度を符号ｓＡｋで表す。
【００３１】
図４に、コントローラ４０が実行する処理のフローチャートを示す。図４の処理は制御周期毎に繰り返される。コントローラ４０は、角度センサ２１と接地センサ１９のセンサデータを取得する（Ｓ２）。次にコントローラ４０は、接地センサ１９のセンサデータから、第１脚が立脚期間に属しているか否かを判断する（Ｓ４）。立脚期間に属していない場合は、第１脚が遊脚期間に属していることを意味する。コントローラ４０は、第１脚が遊脚期間に属していると判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、目標軌道を使った追従制御を継続する（Ｓ１２）。即ち、コントローラ４０は、検出された膝角度ｓＡｋが目標軌道の膝角度Ａｋに追従するようにモータ３２を制御する。
【００３２】
第１脚が立脚期間に属していると判断された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ４０は、検出された股関節角ｓＡｈから、反転タイミングを検知する（Ｓ６）。前述したように、反転タイミングは、股関節角が増加から減少に転じるタイミングである。コントローラ４０は、検出された股関節角ｓＡｈが、前の制御周期における検出値よりも小さくなったときのタイミングを、反転タイミングとして検知する。
【００３３】
今回の制御周期における股関節角ｓＡｈが反転タイミングでなかった場合、コントローラ４０は、目標軌道を使った追従制御を継続する（Ｓ６：ＮＯ、Ｓ１２）。他方、今回の股関節角が反転タイミングに相当する場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ４０は、検出された股関節角の時系列データｓＡｈと記憶された股関節角Ａｈの目標軌道を比較し、それらの間の時間差ｄＴを特定する（Ｓ８）。具体的には、コントローラ４０は、目標軌道における反転タイミングを記憶しており、その反転タイミングと、ステップＳ６で検知された反転タイミングとの時間差ｄＴを求める。次にコントローラ４０は、記憶されている膝角度の目標軌道を時間差ｄＴに基づいて修正する。具体的にはコントローラ４０は、記憶されている目標軌道を、特定した時間差ｄＴだけシフトする。コントローラ４０は、膝角度が修正された目標軌道に追従するようにモータを制御する（Ｓ１２）。
【００３４】
ステップＳ１０における目標軌道修正の一例を説明する。図５に目標軌道修正処理の一例を示す。図５の破線Ａｋ１は、修正前の膝角度目標軌道を示している。破線Ａｈは、修正前の目標軌道Ａｋ１に対応する股関節角（股関節目標軌道）を示している。コントローラ４０は、膝角度目標軌道Ａｋ１と股関節角目標軌道Ａｈを記憶している。また、コントローラ４０は、目標軌道Ａｋ１に基づいて予定される反転タイミングＴａ（プレスイングタイミングＴａ）を記憶している。
【００３５】
図５の一点鎖線ｓＡｈは、検出された股関節角を示している。今、ステップＳ６で検知された反転タイミングが図５のタイミングＴｚに相当する場合を仮定する。従って、現在時刻はタイミングＴｚより少し後である。即ち、一点鎖線ｓＡｈの終端が、現在時刻に相当する。ステップＳ８において、コントローラ４０は、ステップＳ６で検知した反転タイミングＴｚと、予定された反転タイミングＴａとの時間差ｄＴを算出する。図５の（ａ）が、この算出処理を示している。次にコントローラ４０は、算出された時間差ｄＴだけ、目標軌道Ａｋ１をシフトする。図５の（ｂ）がこのシフト処理を示している。その結果、図５の符号Ａｋ２が、修正後の目標軌道を示している。
【００３６】
ステップＳ１２において、コントローラ４０は、修正後の目標軌道Ａｋ２に基づいてモータを制御する。目標軌道の修正によって、現在時刻における膝角度の目標角度が増加する。膝角度が下肢の後方への揺動角に相当する。即ち、目標軌道の修正によって膝の目標角が増加し、その結果、下肢を後方へ移動させる向きのトルクが印加される。実際には制御サンプリングタイムは数ミリ秒であるから、ほぼタイミングＴｚの時刻にそのタイミングが反転タイミングであることが検知される。それゆえ、コントローラ４０は、検知された反転タイミングＴｚ、即ち、検知されたプレスイングタイミングＴｚで下肢を後方へ揺動させる向きのトルクを加え始める。
【００３７】
また、修正後の目標軌道Ａｋ２では、修正前の膝最大角タイミングＴｃと予定着地タイミングＴｄがそれぞれｄＴだけシフトする。修正後の膝最大角タイミングと予定着地タイミングは、検知された反転タイミングＴｚに対応している。即ち、修正後の目標軌道Ａｋ２は、検知された反転タイミングＴｚに対応しているので、修正後の目標軌道Ａｋ２は、ユーザが予期する膝の動作パターンとよく合致する。従って、歩行補助装置１０が修正後の目標軌道Ａｋ２に基づいて加えるトルクのパターンは、ユーザに顕著な違和感を与えない。
【００３８】
実施例の歩行補助装置１０は、第１脚のセンサデータに基づいて、ユーザの第１脚の膝関節にトルクを加えて歩行動作を補助することができる。しかも歩行補助装置１０は、加えるトルクのパターンがユーザに顕著な違和感を与えない。
【００３９】
ステップＳ１０における目標軌道修正の他の例を説明する。図６は、目標軌道の他の例を示す図である。コントローラ４０は、ステップＳ８で時間差ｄＴを特定した後、予定されていた目標軌道Ａｋ１における膝最大角タイミングＴｃから予定着地タイミングＴｄまでの時間スパンＴｗを、時間差ｄＴだけ時間方向に縮める。修正後の目標軌道Ａｋ２は、予定された膝最大角タイミングＴｃから滑らかにずれていき、修正後の着地タイミングＴｅが当初の予定着地タイミングＴｄよりも時間差ｄＴだけ早まる。このような修正により、当初の目標軌道から徐々にずれていく修正目標軌道が生成される。そのような修正処理は、目標軌道の修正されたことをユーザに気づかせない。なお、膝最大角タイミングＴｃから予定着地タイミングＴｄ（Ｔｅ）までの期間が、立脚期間の後半に相当する。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０：歩行補助装置
１２：脚装具
１４：上リンク
１６：下リンク
１８：足リンク
１９：接地センサ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：ジョイント
２１：エンコーダ（角度センサ）
３２：モータ
４０：コントローラ
【図１】
2011055428.tif 000003
【図２】
2011055428.tif 000004
【図３Ａ】
2011055428.tif 000005
【図３Ｂ】
2011055428.tif 000006
【図４】
2011055428.tif 000007
【図５】
2011055428.tif 000008
【図６】
2011055428.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月8日(2011.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置であり、
一方の脚の膝関節にトルクを加えるアクチュエータと、
一方の脚の膝関節角と、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角を検出する角度センサと、
一方の脚の膝関節角の目標軌道と、一方の脚の股関節のピッチ軸回りの関節角の目標軌道を記憶しているとともに、検出された膝関節角が膝関節角の目標軌道に追従するようにアクチュエータを制御するコントローラと、を備えており、コントローラは、
一方の脚が立脚期間にあるときに、検出された股関節角の時系列データを股関節角の目標軌道と比較し、股関節角の時系列データと股関節角の目標軌道の間の時間差を算出し、算出された時間差に基づいて膝関節角の目標軌道を修正するものであり、
前記時間差は、検出された股関節角の時系列データにおける大腿の揺動の方向が後方から前方へ反転する反転タイミングと、股関節角の目標軌道における反転タイミングの差であることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
目標軌道の前記修正は、膝関節角の目標軌道における予定着地タイミングを算出された時間差だけシフトすることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
目標軌道の前記修正は、膝関節角の目標軌道における遊脚期間後半の時間スパンを算出された時間差だけ圧縮することを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
【国際調査報告】
2011055428.tif 000010
2011055428.tif 000011
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